WO2021160213A1

WO2021160213A1 - Elektrische antriebseinrichtung und antriebsanordnung

Info

Publication number: WO2021160213A1
Application number: PCT/DE2021/100107
Authority: WO
Inventors: Jonas Kniel; Patrick Gramann
Original assignee: Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Priority date: 2020-02-11
Filing date: 2021-02-04
Publication date: 2021-08-19
Also published as: DE102020103437A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebseinrichtung sowie eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug. Die Elektrische Antriebseinrichtung (1) umfasst in einem von einem Gehäuse umgebenden Raum eine elektrische Rotationsmaschine (10) mit einem um eine Rotationsachse (2) drehbaren Rotor sowie einem bezüglich dem Rotor statisch angeordneten Stator (11) sowie eine Fluidzufuhreinrichtung (20) zur Zuführung eines Kühlfluids zur elektrischen Rotationsmaschine (10) und eine mit der Fluidzufuhreinrichtung (20) strömungstechnisch verbundene, sich im Wesentlichen vollständig um die Rotationsachse (2) erstreckende, statisch angeordnete Verteileinrichtung (30) mit Strömungsleitelementen (31) zur Verteilung des Kühlfluids im Wesentlichen auf einem geschlossenen Umfang um die Rotationsachse in Richtung auf die in einem Abstand zu den Strömungsleitelementen (31) der Verteileinrichtung (30) angeordnete elektrische Rotationsmaschine (10). Mit der erfindungsgemäßen elektrischen Antriebseinrichtung sowie einer damit ausgestatteten Antriebsanordnung lässt sich in konstruktiv einfacher und kostengünstiger Weise eine optimale Kühlung der elektrischen Rotationsmaschine realisieren.

Description

Elektrische Antriebseinrichtunq und Antriebsanordnunq

Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebseinrichtung sowie eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug.

Aus dem Stand der Technik sind diverse elektrische Antriebseinrichtungen bekannt, die in Antriebsanordnungen für Kraftfahrzeuge eingesetzt werden.

Derartige elektrische Antriebseinrichtungen umfassen in der Regel eine elektrische Rotationsmaschine mit einem um eine Rotationsachse drehbaren Rotor sowie einem bezüglich dem Rotor statisch angeordneten Stator und ein Gehäuse, in welchem die elektrische Rotationsmaschine angeordnet ist oder welches von der elektrischen Rotationsmaschine ausgebildet ist, zur Einhausung des Rotors. Dabei ist es bekannt, zum Zweck der Effizienzsteigerung eine Kühlung des Stators und/oder Rotors der elektrischen Rotationsmaschine vorzusehen.

Die DE 102015015797 A1 offenbart eine elektrische Maschine mit einem Rotor und einem Stator. Der Stator umfasst dabei zumindest eine Wicklung, die wenigstens eine dem Rotor zugewandte Fläche aufweist, welche mit einer von dem Rotor in radialer Richtung nach außen durch Drehen des Rotors abgesprühten Kühlflüssigkeit zum Kühlen der Wicklung beaufschlagbar ist.

In der EP 3059937 A1 wird ein Verfahren zur Oberflächenkühlung von zumindest einem Teil einer elektrischen Maschine sowie eine Kühlvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens beschrieben. Die Kühlvorrichtung ist dazu vorgesehen, eine Hochdruckströmung und eine Niederdruckströmung auszubilden, zur Erzeugung eines Kühlmittelstroms. Die Kühlvorrichtung umfasst dazu eine Düse, welche die Hochdruckströmung erzeugt, wobei die Hochdruckströmung dafür vorgesehen ist, an einer zu kühlenden Oberfläche eines Rotors der elektrischen Maschine unter Nutzung des Coanda-Effekts zu verlaufen und eine Niederdruckströmung nach dem Injektionsprinzip mitzuführen. Die WO 2016 132060 A1 beschreibt eine elektrische Rotationsmaschine mit einem Stator mit einem Statorkörper sowie einen Verteilerkreis zur Aufnahme eines Kühlfluids zur Kühlung der elektrischen Rotationsmaschine.

Der Verteilerkreis ist dabei dazu ausgebildet, ein Kühlfluid in einen Innenraum der elektrischen Rotationsmaschine zu leiten, in welchem sich der Stator befindet. Der Verteilerkreis weist dazu genau eine Öffnung auf, welche einer Seitenfläche des Statorkörpers zugewandt ist, so dass das Kühlfluid direkt an den Statorkörper heran geführt werden kann.

Mit der JP 2016 149900 A wird eine Kühlstruktur offenbart, welche eine elektrische Rotationsmaschine, einen Zirkulationspfad, einen Fluid-Tank, einen Rückführkanal sowie eine Ventileinrichtung umfasst.

Die elektrische Rotationsmaschine umfasst einen Rotor und einen Stator, wobei der Rotor in einer Rotorkammer angeordnet ist und der Stator in einer Statorkammer angeordnet ist und diese beiden Kammern durch eine Trennwand fluiddicht voneinander getrennt sind. Der Zirkulationspfad verbindet den Fluid-Tank mit der Statorkammer und auch der Rückführkanal verbindet den Fluid-Tank mit der Statorkammer, wobei die Ventileinrichtung zur Steuerung des Volumenstroms im Rückführkanal eingerichtet ist. Die Ventileinrichtung steuert dabei in Abhängigkeit des in der Statorkammer vorherrschenden Fluid-Drucks.

Die DE 102016 103408 A1 lehrt einen Stator eines elektrischen Motors, umfassend einen Statorkern, eine Spule, welche um Zähne des Statorkerns gewickelt ist, einen Außenzylinder, welcher die Zähne an deren Joch umgibt, sowie ein wärmeleitendes Teil, welches mit einer inneren Umfangsfläche des Außenzylinders und einem Spulenende der Spule in Kontakt steht.

Durch diesen Aufbau wird ein Teil der Wärme, die während des Betriebs des Motors an den Spulen erzeugt wird, durch das wärmeleitende Teil zu dem Außenzylinder geleitet und von dem Außenzylinder an die Außenluft abgeleitet. Die Spule des Motors wird entsprechend über das wärmeleitende Teil gekühlt. Eine besonders effiziente Kühlung der elektrischen Rotationsmaschine wird in der Regel durch eine Fluid-Kühlung erreicht. Dabei wird meist Öl als Kühlfluid genutzt, welches an den Rotor und/oder den Stator geleitet wird, um dort Wärme abzuführen. Üblicherweise wird das Öl dazu mittels einer von zwei Methoden an den Rotor und/oder den Stator geleitet.

Erstens ist bekannt, eine Verteileinrichtung vorzusehen, die mit einem rotierenden Bauteil verbunden ist und die bei Rotation unter Nutzung von Fliehkraft das Öl an den Rotor und/oder den Stator schleudert. Eine gleichmäßige Kühlung ist dabei jedoch nur bei Rotation der Verteileinrichtung realisierbar.

Andererseits ist bekannt, eine Verteileinrichtung an einem feststehenden Bauteil anzuordnen, um von dort düsenartig das Öl an den Rotor und/oder den Stator zu sprühen. Bei einer Ausgestaltung der Verteileinrichtung als Düse wird jedoch nur ein bestimmter Abschnitt am Umfang des Rotors und/oder Stators angesprüht, so dass entsprechend zur gleichmäßigen Kühlung des Stators mehrere Düsen am Umfang verteilt vorgesehen sein müssen, was mit hohen Kosten und hohem Aufwand in der Fertigung verbunden ist. Zudem ist eine gleichmäßige Kühlung des Rotors nur bei dessen Rotation realisierbar.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Antriebseinrichtung sowie eine damit ausgestattete Antriebsanordnung zur Verfügung zu stellen, die in konstruktiv einfacher und kostengünstiger Weise eine optimale Kühlung der elektrischen Rotationsmaschine realisieren.

Die Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße elektrische Antriebseinrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der elektrischen Antriebseinrichtung sind in den Unteransprüchen 2 bis 9 angegeben. Ergänzend wird eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug, welche die elektrische Antriebseinrichtung aufweist, gemäß Anspruch 10 zur Verfügung gestellt.

Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, die ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.

Die Begriffe „axial“ und „radial“ beziehen sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung immer auf die Rotationsachse der elektrischen Antriebseinrichtung.

Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebseinrichtung, umfassend in einem von einem Gehäuse umgebenden Raum eine elektrische Rotationsmaschine mit einem um eine Rotationsachse drehbaren Rotor sowie einem bezüglich dem Rotor statisch angeordneten Stator. Die elektrische Antriebseinrichtung umfasst weiterhin eine Fluidzufuhreinrichtung zur Zuführung eines Kühlfluids zur elektrischen Rotationsmaschine und eine mit der Fluidzufuhreinrichtung strömungstechnisch verbundene, sich im Wesentlichen vollständig um die Rotationsachse erstreckende, statisch angeordnete Verteileinrichtung mit Strömungsleitelementen zur Verteilung des Kühlfluids im Wesentlichen auf einem geschlossenen Umfang um die Rotationsachse in Richtung auf die in einem Abstand zu den Strömungsleitelementen der Verteileinrichtung angeordnete elektrische Rotationsmaschine.

Die Verteileinrichtung bzw. die Anordnung der Strömungsleitelemente kann sich dabei vollständig entlang eines Umfangs um die Rotationsachse erstrecken und somit eine ringförmige Ausgestaltung realisieren.

Insbesondere kann der Umfang der Ausbringung des Kühlfluids vollständig geschlossen sein und/oder ringförmig ausgestaltet sein, so dass die Ausbringung des Kühlfluids in einem Winkelbereich von 360° um die Rotationsachse und demzufolge flächendeckend an der elektrischen Rotationsmaschine erfolgt.

Der Umfang hier ist als ein Bereich um die Rotationsachse gemeint, der radial innen und radial außen durch zwei radial voneinander beabstandete ideelle Umfänge begrenzt ist, insbesondere für die Ausgestaltung der Verteileinrichtung, wenn diese nicht kreisringförmig ausgeführt ist, sondern Abweichungen zu einer Kreisringform aufweisen sollte.

Die Strömungsleitelemente der Verteileinrichtung sind entsprechend dazu eingerichtet, mittels mehrerer Sprühstrahlen bzw. Strömen Kühlfluid auf die Oberfläche der elektrischen Rotationsmaschine aufzubringen, ohne dass dabei das Kühlfluid durch ein Leitungselement zwischen der Verteileinrichtung und der elektrischen Rotationsmaschine geleitet oder geführt wird.

Mit anderen Worten ermöglicht die Verteileinrichtung ein Besprühen bzw. Anströmen der elektrischen Rotationsmaschine mit Kühlfluid.

Insbesondere ist der Stator der elektrischen Rotationsmaschine mechanisch fest mit dem Gehäuse verbunden.

Es kann vorgesehen sein, dass die Fluidzufuhreinrichtung ebenfalls in dem von dem Gehäuse umgebenden Raum angeordnet ist.

Bei der elektrischen Rotationsmaschine kann es sich sowohl um einen Synchronmotor als auch um einen Asynchronmotor handeln.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Verteileinrichtung mehrere radial ausgerichtete Strömungsleitelemente auf zur Ausbringung des Kühlfluids in einer Strömungsrichtung mit radialer Komponente in Richtung auf die elektrische Rotationsmaschine.

Dabei ist das Strömungsleitelement insbesondere durch eine Bohrung ausgebildet. Dies schließt jedoch die Anwendung alternativer Strömungsleitelemente nicht aus, wie etwa an bzw. von der Verteileinrichtung ausgebildete Leitflächen bzw. Leitschaufeln.

Gemäß einer ergänzenden Ausführungsform weist die Fluidzufuhreinrichtung eine Anzahl von n_k Strömungskanälen zur Leitung des Kühlfluids zur Verteileinrichtung auf, und die Verteileinrichtung weist eine Anzahl von n_s! Strömungsleitelementen auf, wobei gilt: n_s! / n_k > 6.

Das bedeutet, dass deutlich mehr Strömungsleitelemente vorhanden sind als Strömungskanäle, so dass die Zufuhr von Kühlfluid zur Verteileinrichtung konstruktiv einfach und platzsparend ausgeführt sein kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist von der Fluidzufuhreinrichtung lediglich ein Strömungskanal ausgebildet, mit dem Kühlfluid zu der Verteileinrichtung übertragbar ist. Der einzelne bzw. jeweilige Strömungskanal bildet einen oder mehrere Auslässe zur Übergabe des Kühlfluids in die Verteileinrichtung aus. Entsprechend der zuvor genannten vorteilhaften Ausführungsform kann die Verteileinrichtung 6 bis 8 oder noch mehr Strömungsleitelemente aufweisen, die auf einem Umfang verteilt sind.

Gemäß einem weiteren ergänzenden Aspekt bildet der Strömungskanal zumindest einen Auslass in radialer Richtung aus.

In einer konstruktiv vorteilhaften Ausführungsform ist die Verteileinrichtung an einem Statorträger der elektrischen Rotationsmaschine oder am Gehäuse fixiert.

Der Statorträger ist dabei insbesondere ein bezüglich dem Gehäuse separates Bauteil, wobei der Statorträger vom Gehäuse getragen werden kann. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Verteileinrichtung an einem vom Gehäuse als integraler Bestandteil ausgebildeten Statorträger fixiert ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die elektrische Antriebseinrichtung eine Steuerungseinrichtung, mit der Strömungsparameter des Kühlfluids derart einstellbar sind, dass eine laminare Strömung in der Ausbringung des Kühlfluids auf die elektrische Rotationsmaschine realisierbar ist.

Diese Steuerungseinrichtung steuert den Druck und/oder die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlfluids derart und der Strömungskanal sowie die Strömungsleitelemente sind derart konzipiert, dass die Ausströmung des Kühlfluids auf die elektrische Rotationsmaschine mit laminarer Strömung erfolgen kann.

In einer weiteren Ausführungsform weist die Verteileinrichtung mehrere nach radial innen ausgerichtete Strömungsleitelemente sowie mehrere nach radial außen ausgerichtete Strömungsleitelemente auf zur Ausbringung des Kühlfluids in Strömungsrichtungen mit nach radial innen bzw. außen ausgerichteter Komponente. Dabei kann die Fluidzufuhreinrichtung als Hohlzylinder ausgebildet sein oder als ein oder mehrere Zapfen ausgebildet sein, wobei in dem Hohlzylinder bzw. in einem jeweiligen Zapfen zumindest ein Strömungskanal ausgebildet ist. Bei einer Ausgestaltung in Ringform bzw. als Hohlzylinder kann die Fluidzufuhreinrichtung auf ihrem gesamten Umfang bereichsweise von einer ebenfalls ringförmigen Verteileinrichtung aufgenommen sein. Vorteilhafterweise ist in dieser Ausgestaltung eine Abdichtung in radialer Richtung zwischen der Fluidzufuhreinrichtung und der Verteileinrichtung realisiert.

Bei einer Ausgestaltung in Zapfenform kann die Fluidzufuhreinrichtung auf einem Teilbereich des Umfangs der Verteileinrichtung von dieser bereichsweise umschlossen sein. Vorteilhafterweise ist in dieser Ausgestaltung eine Abdichtung zwischen der Fluidzufuhreinrichtung und der Verteileinrichtung an der Außenseite der zapfenförmigen Fluidzufuhreinrichtung realisiert.

Insbesondere kann dabei die Verteileinrichtung derart angeordnet und ausgestaltet sein, dass mit ihr die Wicklungen des Stators der elektrischen Rotationsmaschine kühlbar sind.

Dabei ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausgestaltungsform eingeschränkt, sondern die Verteileinrichtung kann auch derart angeordnet und ausgestaltet sein, dass mit ihr die Wicklungen des Rotors der elektrischen Rotationsmaschine kühlbar sind.

In einer besonderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Verteileinrichtung derart angeordnet und ausgestaltet ist, dass mit ihr der Stator als auch der Rotor der elektrischen Rotationsmaschine kühlbar sind.

Insbesondere in dieser Ausführungsform kann die Verteileinrichtung mehrere nach radial innen ausgerichtete Strömungsleitelemente zur Kühlung eines Innenläufer- Rotors sowie mehrere nach radial außen ausgerichtete Strömungsleitelemente zur Kühlung des dazugehörigen Stators aufweisen.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Verteileinrichtung derart angeordnet und ausgestaltet, dass mit ihr mehrere Statoren, d.h. , bei einer auf einer axialen Position realisierten Kombination einer Innenläufermaschine sowie einer Außenläufermaschine, kühlbar sind. Auch hierfür bietet es sich an, dass die Verteileinrichtung mehrere nach radial innen ausgerichtete Strömungsleitelemente sowie mehrere nach radial außen ausgerichtete Strömungsleitelemente zur Kühlung der beiden Statoren aufweist. Die beiden Statoren der beiden elektrischen Rotationsmaschinen können dabei integrale Bestandteile einer Stator-Einheit sein, über die gegebenenfalls die Zuführung des Kühlfluids erfolgt.

Zur Fixierung der Verteileinrichtung umfasst die erfindungsgemäße elektrische Antriebseinrichtung eine Fixierungseinrichtung, zum Beispiel in Form mehrerer Schrauben, die mechanische Verbindungen zwischen der Verteilereinrichtung und dem Gehäuse und/oder dem Stator der elektrischen Antriebseinrichtung hersteilen.

Die erfindungsgemäße elektrische Antriebseinrichtung weist den Vorteil auf, dass sich die Verteileinrichtung zur Verteilung des Kühlfluids im Wesentlichen vollständig um die Rotationsachse der elektrischen Antriebseinrichtung erstreckt, so dass eine Ausbringung des Kühlfluids in einem Winkelbereich von 360° um die Rotationsachse und demzufolge flächendeckend an der elektrischen Rotationsmaschine erfolgt.

Dabei ist die Verteileinrichtung zudem statisch angeordnet und es kann lediglich ein Strömungskanal in der Fluidzufuhreinrichtung vorgesehen sein, so dass die Fluidzufuhreinrichtung konstruktiv einfach und damit kostengünstig realisierbar ist.

Die erfindungsgemäße elektrische Antriebseinrichtung kann somit bei Betrieb, also Rotation des Rotors der elektrischen Rotationsmaschine, sowie bei Stillstand des Rotors der elektrischen Rotationsmaschine eine optimale Kühlung realisieren.

Des Weiteren wird erfindungsgemäß eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung gestellt, die eine erfindungsgemäße elektrische Antriebseinrichtung sowie eine Abtriebseinrichtung aufweist.

Die Abtriebseinrichtung kann zum Beispiel ein Getriebe sein oder auch eine anzutreibende Achse des Kraftfahrzeugs.

Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiele nicht auf die dargestellten Maße eingeschränkt sind. Es ist dargestellt in

Fig. 1: eine geschnittene Seitenansicht einer Fluidzufuhreinrichtung und einer Verteileinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2: eine geschnittene Seitenansicht einer Fluidzufuhreinrichtung und einer Verteileinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 3: eine abschnittsweise Darstellung einer Verteileinrichtung einer erfindungsgemäßen elektrischen Antriebseinrichtung in Vorderansicht,

Fig. 4: eine abschnittsweise Darstellung einer erfindungsgemäßen elektrischen

Antriebseinrichtung mit der ersten Ausführungsform der Fluidzufuhreinrichtung und der Verteileinrichtung in geschnittener Seitenansicht,

Fig. 5: eine abschnittsweise Darstellung einer erfindungsgemäßen elektrischen Antriebseinrichtung mit der zweiten Ausführungsform der Fluidzufuhreinrichtung und der Verteileinrichtung in geschnittener Seitenansicht und

Fig. 6: eine abschnittsweise Darstellung einer erfindungsgemäßen elektrischen

Antriebseinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform in geschnittener Seitenansicht.

In Fig. 1 ist eine geschnittene Seitenansicht einer Fluidzufuhreinrichtung 20 und einer Verteileinrichtung 30 gemäß einer ersten Ausführungsform dargestellt.

Die Fluidzufuhreinrichtung 20 ist abschnittsweise gezeigt und hohlzylinderförmig ausgestaltet, wobei die Verteileinrichtung 30 ringförmig ausgestaltet ist und an einer ihrer axialen Stirnseiten eine axiale, umlaufende Nut aufweist, welche einen einseitig offenen, ringförmigen Zwischenraum 32 in der Verteileinrichtung 30 ausbildet.

Die Fluidzufuhreinrichtung 20 und die Verteileinrichtung 30 sind koaxial in Bezug zu einer Rotationsachse 2 der hier nicht dargestellten erfindungsgemäßen elektrischen Antriebseinrichtung angeordnet.

Die Fluidzufuhreinrichtung 20 ist mit ihrem axialen Endbereich in dem Zwischenraum 32 der Verteileinrichtung 30 angeordnet, so dass die Verteileinrichtung 30 die Fluidzufuhreinrichtung 20 bereichsweise an ihrer radialen Innenseite und ihrer radialen Außenseite sowie an ihrer axialen Stirnseite umgibt.

Die Fluidzufuhreinrichtung 20 ist somit auf ihrem gesamten Umfang bereichsweise von der Verteileinrichtung 30 aufgenommen, wobei Dichtungen 40 in radial innen und radial außen zwischen der Fluidzufuhreinrichtung 20 und der Verteileinrichtung 30 den Zwischenraum 32 fluiddicht abdichten.

Die Verteileinrichtung 30 ist dabei mittels mehrerer am Umfang verteilt angeordneter Schrauben 41 an der Fluidzufuhreinrichtung 20 fixiert. Die Fluidzufuhreinrichtung 20 entspricht einem statisch angeordneten Element, z.B. ausgebildet durch ein Gehäuse der elektrischen Antriebseinrichtung oder einen Statorträger einer elektrischen Rotationsmaschine der elektrischen Antriebseinrichtung. Durch die mechanische Verbindung zwischen der Fluidzufuhreinrichtung 20 und der Verteileinrichtung 30 ist die Verteileinrichtung 30 somit ebenfalls statisch fest angeordnet.

Die Fluidzufuhreinrichtung 20 umfasst in der hier gezeigten Ausführungsform genau einen Strömungskanal 21 , welcher sich in axialer Richtung bis in den axialen Endbereich der Fluidzufuhreinrichtung 20 durch den hier gezeigten Abschnitt der Fluidzufuhreinrichtung 20 erstreckt. Im von der Verteileinrichtung 30 umgebenen axialen Abschnitt der Fluidzufuhreinrichtung 20 bildet der Strömungskanal 21 einen sich nach radial innen erstreckenden Auslass 22 aus, welcher den Strömungskanal 21 und den Zwischenraum 32 strömungstechnisch miteinander verbindet, so dass das Kühlfluid in den ringförmigen Zwischenraum 32 gelangen und sich vollständig um die Rotationsachse 2 verteilen kann.

Die Verteileinrichtung 30 weist wenigstens 6 bis 8 oder noch mehr radial ausgerichtete Strömungsleitelemente 31 auf, welche am Umfang verteilt angeordnet sind und zur Ausbringung eines Kühlfluids aus dem Zwischenraum 32 in einer Strömungsrichtung mit radialer Komponente dienen. Ein jeweiliges Strömungsleitelement 31 ist dabei hier durch eine radiale Bohrung ausgebildet.

Ein durch den Strömungskanal 21 in der Fluidzufuhreinrichtung 20 geführtes Kühlfluid strömt über den nach radial innen gerichteten Auslass 22 in den Zwischenraum 32. Im Zwischenraum 32 verteilt sich das Kühlfluid dann über den gesamten Umfang der Verteileinrichtung 30, so dass das an den mehreren Strömungsleitelementen 31 aus dem Zwischenraum 32 ausströmende Kühlfluid in einem Winkelbereich von 360° um die Rotationsachse 2 und demzufolge flächendeckend an einen in einem Abstand zu den Strömungsleitelementen 31 der Verteileinrichtung 30 angeordneten Rotor oder Stator der elektrische Rotationsmaschine (hier nicht dargestellt) strömen kann.

Eine von der elektrischen Antriebseinrichtung umfasste Steuerungseinrichtung (hier nicht dargestellt) ist dabei dazu eingerichtet, Strömungsparameter des Kühlfluids derart einzustellen, dass eine laminare Strömung in der Ausbringung des Kühlfluids auf die elektrische Rotationsmaschine erfolgt.

Fig. 2 zeigt eine geschnittene Seitenansicht einer Fluidzufuhreinrichtung 20 und einer Verteileinrichtung 30 gemäß einer zweiten Ausführungsform.

Die Ausführungsform der Figur 2 unterscheidet sich von der Ausführungsform der Figur 1 dabei nur darin, das die Verteileinrichtung 30 mehrere nach radial innen ausgerichtete Strömungsleitelemente 31 aufweist sowie mehrere nach radial außen ausgerichtete Strömungsleitelemente 31 aufweist. Entsprechend kann Kühlfluid mit Strömungsrichtungen mit nach radial innen und radial außen ausgerichteter Komponente ausgebracht werden.

Dazu bildet die Fluidzufuhreinrichtung 20 zudem einen nach radial innen ausgerichteten und einen nach radial außen ausgerichteten Auslass 22 aus, so dass sichergestellt ist, dass das durch die Auslässe 22 in den Zwischenraum 32 geführte Kühlfluid gleichmäßig an die mehreren nach radial innen ausgerichteten Strömungsleitelemente 31 sowie an die mehreren nach radial außen ausgerichteten Strömungsleitelemente 31 gelangt.

Mit einer Fluidzufuhreinrichtung 20 und einer Verteileinrichtung 30 gemäß der zweiten Ausführungsform ist somit sowohl ein radial innen angeordneter und zu den nach radial innen ausgerichteten Strömungsleitelementen 31 beabstandeter Bestandteil einer elektrischen Rotationsmaschine kühlbar als auch ein radial außen angeordneter und zu den nach radial außen ausgerichteten Strömungsleitelementen 31 beabstandeter Bestandteil einer elektrischen Rotationsmaschine kühlbar.

In Fig. 3 ist eine abschnittsweise Darstellung einer Verteileinrichtung 30 einer erfindungsgemäßen elektrischen Antriebseinrichtung in Vorderansicht gezeigt. Die Darstellung zeigt einen Winkelbereich von etwa 160 °der Verteileinrichtung 30, in welchem eine jeweilige Wandung der Verteileinrichtung 30, welche den Zwischenraum 32 radial innen bzw. radial außen begrenzt, fünf nach radial innen bzw. nach radial außen ausgerichtete Strömungsleitelemente 31 umfasst.

Die nach radial innen und außen ausgerichteten Strömungsleitelemente 31 sind dabei paarweise angeordnet, so dass die Strömungsleitelemente 31 eines Paares die gleiche Winkelposition aufweisen.

Zudem sind zwei verdeckt dargestellte Schrauben 41 zur Fixierung der Verteileinrichtung 30 an einer Fluidzuführeinrichtung (hier nicht dargestellt) ersichtlich. Ein aus dem Zwischenraum 32 durch die Strömungsleitelemente 31 nach radial innen und radial außen ausströmendes Kühlfluid ist dabei anhand von Pfeilen verdeutlicht.

Fig. 4 zeigt einen Abschnitt der erfindungsgemäßen elektrischen Antriebseinrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform in geschnittener Seitenansicht bei der Kühlung eines Stators 11 .

Die abschnittsweise Darstellung zeigt den Stator 11 einer elektrischen Rotationsmaschine 10 der elektrischen Antriebseinrichtung 1 sowie die in Fig. 1 dargestellte Fluidzufuhreinrichtung 20 und Verteileinrichtung 30 gemäß der ersten Ausführungsform.

Ein den Stator 11 tragender Statorträger 12 umfasst dabei die Fluidzufuhreinrichtung 20 als integralen Bestandteil, wobei der Stator 11 an der radialen Innenseite des Statorträgers 12 getragen ist. Ein hier nicht dargestellter Rotor der elektrischen Rotationsmaschine 10 wäre entsprechend radial innerhalb des Stators 11 angeordnet, so dass die elektrische Rotationsmaschine 10 hier als Innenläufermaschine ausgebildet ist. Die nach radial innen ausgerichteten Strömungsleitelemente 31 der Verteileinrichtung 30 sind in einem Abstand zu Wicklungen 13 des Stators 11 der elektrischen Rotationsmaschine 10 angeordnet. Auch hier verdeutlichen Pfeile den Strömungspfad eines Kühlfluids.

Ein durch den Strömungskanal 21 der Fluidzufuhreinrichtung 20 über den nach radial innen ausgerichteten Auslass 22 in den Zwischenraum 32 geleitetes Kühlfluid wird somit durch die nach radial innen gerichteten Strömungsleitelemente 31 der Verteileinrichtung 30 flächendeckend in Richtung auf die Wicklungen 13 des Stators 11 ausgebracht. Mit anderen Worten ermöglicht die Verteileinrichtung 30 ein Besprühen bzw. Anströmen der Wicklungen 13 des Stators 11 der elektrischen Rotationsmaschine 10 mit Kühlfluid und somit auf einem gesamten Umfang eine gleichmäßige Entwärmung der Wicklungen 13 des Stators 11.

Fig. 5 zeigt eine abschnittsweise Darstellung einer erfindungsgemäßen elektrischen Antriebseinrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform in geschnittener Seitenansicht bei der Kühlung von zwei Statoren 11.

Die erste Ausführungsform aus Figur 4 und die zweite Ausführungsform aus Figur 5 stimmen weitestgehend überein, mit dem Unterschied, dass die erfindungsgemäßen elektrische Antriebseinrichtung in Figur 5 sowohl eine Innenläufermaschine als auch eine Außenläufermaschine umfasst.

Die Innenläufermaschine und die Außenläufermaschine sind dabei auf einer gemeinsamen axialen Position realisiert, so dass deren Statoren 11 integrale Bestandteile einer Stator-Einheit 14 sind.

Die beiden Statoren 11 weisen einen gemeinsamen Statorträger 12 auf, welcher wie in Figur 4 die Fluidzufuhreinrichtung 20 als integralen Bestandteil ausbildet.

Die Fluidzufuhreinrichtung 20 und die Verteileinrichtung 30 sind dabei gemäß der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform ausgestaltet. Das heißt also, dass die Verteileinrichtung 30 nach radial innen sowie nach radial außen ausgerichtete Strömungsleitelemente 31 ausbildet, wobei die nach radial innen ausgerichteten Strömungsleitelemente 31 in einem Abstand zu den Wicklungen 13 des Stators 11 der Innenläufermaschine angeordnet sind und die nach radial außen ausgerichteten Strömungsleitelemente 31 in einem Abstand zu den Wicklungen 13 des Stators 11 der Außenläufermaschine angeordnet sind.

Die Verteileinrichtung 30 dient entsprechend der Kühlung beider Statoren 11 der Stator-Einheit 14, wobei das Kühlfluid durch die Fluidzufuhreinrichtung 20 des Statorträgers 12 zur Verteileinrichtung 30 geführt wird.

Fig. 6 zeigt eine abschnittsweise Darstellung einer erfindungsgemäßen elektrischen Antriebseinrichtung 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform in geschnittener Seitenansicht. Die dritte Ausführungsform gemäß Figur 6 stimmt im Wesentlichen mit der zweiten Ausführungsform gemäß Figur 5 überein. Unterschiedlich ist dabei nur, dass die Fluidzufuhreinrichtung 20 in Figur 5 nicht integraler Bestandteil des Statorträgers 12 der elektrischen Rotationsmaschine 10 ist. Die Fluidzufuhreinrichtung 20 ist hier ein integraler Bestandteil eines nicht weiter dargestellten Gehäuses der elektrischen Antriebseinrichtung 1.

Das heißt, dass sich die Fluidzufuhreinrichtung 20 und die Verteileinrichtung 30 hier von einer axialen Position axial neben der Stator-Einheit 14 in Richtung auf die Stator- Einheit 14 zu erstrecken und dabei koaxial zur Stator-Einheit 14 angeordnet sind. Die axiale Position der Fluidzufuhreinrichtung 20 und der Verteileinrichtung 30 ist dabei derart realisiert, dass die Strömungsleitelemente 31 der Verteileinrichtung 30, äquivalent zur zweiten Ausführungsform gemäß Figur 5, in radialer Richtung von den Wicklungen 13 der Statoren 11 überdeckt sind.

Die Verteileinrichtung 30 dient entsprechend der Kühlung beider Statoren 11 der Stator-Einheit 14, wobei das Kühlfluid durch die Fluidzufuhreinrichtung 20 als integraler Bestandteil des Gehäuses der elektrischen Antriebseinrichtung 1 geführt wird.

Mit der erfindungsgemäßen elektrischen Antriebseinrichtung sowie einer damit ausgestatteten Antriebsanordnung lässt sich in konstruktiv einfacher und kostengünstiger Weise eine optimale Kühlung der elektrischen Rotationsmaschine realisieren.

Bezuqszeichenliste 1 elektrische Antriebseinrichtung

2 Rotationsachse

10 elektrische Rotationsmaschine

11 Stator

12 Statorträger 13 Wicklungen des Stators

14 Stator-Einheit

20 Fluidzufuhreinrichtung

21 Strömungskanal

22 Auslass 30 Verteileinrichtung

31 Strömungsleitelement

32 Zwischenraum

40 Dichtung

41 Schraube

Claims

Patentansprüche

1. Elektrische Antriebseinrichtung (1), umfassend in einem von einem Gehäuse umgebenden Raum eine elektrische Rotationsmaschine (10) mit einem um eine Rotationsachse (2) drehbaren Rotor sowie einem bezüglich dem Rotor statisch angeordneten Stator (11), sowie eine Fluidzufuhreinrichtung (20) zur Zuführung eines Kühlfluids zur elektrischen Rotationsmaschine (10) und eine mit der Fluidzufuhreinrichtung (20) strömungstechnisch verbundene, sich im Wesentlichen vollständig um die Rotationsachse (2) erstreckende, statisch angeordnete Verteileinrichtung (30) mit Strömungsleitelementen (31) zur Verteilung des Kühlfluids im Wesentlichen auf einem geschlossenen Umfang um die Rotationsachse in Richtung auf die in einem Abstand zu den Strömungsleitelementen (31) der Verteileinrichtung (30) angeordnete elektrische Rotationsmaschine (10).

2. Elektrische Antriebseinrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verteileinrichtung (30) mehrere radial ausgerichtete Strömungsleitelemente (31) aufweist zur Ausbringung des Kühlfluids in einer Strömungsrichtung mit radialer Komponente in Richtung auf die elektrische Rotationsmaschine (10).

3. Elektrische Antriebseinrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungsleitelement (31) durch eine Bohrung ausgebildet ist.

4. Elektrische Antriebseinrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidzufuhreinrichtung (20) eine Anzahl von n_k Strömungskanälen (21) zur Leitung des Kühlfluids zur Verteileinrichtung (30) aufweist, und die Verteileinrichtung (30) eine Anzahl von n_S| Strömungsleitelementen (31) aufweist, wobei gilt: n_S| / n_k >6.

5. Elektrische Antriebseinrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass von der Fluidzufuhreinrichtung (20) lediglich ein Strömungskanal (21) ausgebildet ist, mit dem Kühlfluid zu der Verteileinrichtung (30) übertragbar ist.

6. Elektrische Antriebseinrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (21) zumindest einen Auslass (22) in radialer Richtung ausbildet.

7. Elektrische Antriebseinrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteileinrichtung (30) an einem Statorträger (12) der elektrischen Rotationsmaschine (10) oder am Gehäuse fixiert ist.

8. Elektrische Antriebseinrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Antriebseinrichtung (1) eine Steuerungseinrichtung umfasst, mit der Strömungsparameter des Kühlfluids derart einstellbar sind, dass eine laminare Strömung in der Ausbringung des Kühlfluids auf die elektrische Rotationsmaschine (10) realisierbar ist.

9. Elektrische Antriebseinrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteileinrichtung (30) mehrere nach radial innen ausgerichtete Strömungsleitelemente (31) aufweist sowie mehrere nach radial außen ausgerichtete Strömungsleitelemente (31) aufweist zur Ausbringung des Kühlfluids in Strömungsrichtungen mit nach radial innen bzw. außen ausgerichteter Komponente.

10. Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Antriebseinrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 sowie mit einer Abtriebseinrichtung.